Onderzoekers van de Universitätsklinik Tübingen, de universiteiten van Tübingen en Stuttgart en de Hochschule Reutlingen werken de komende drie jaar samen aan een hand-exoskelet. Het moet verlamde mensen de functie van hun hand teruggeven en geschikt zijn voor dagelijks gebruik
De wetenschappers werken volgens een gedetailleerde roadmap. In de eerste projectfase volgen onderzoek en ontwikkeling om het door de hersenen gestuurde hand-exoskelet op te bouwen.
Daarna volgt een intensieve testfase, waarbij het apparaat door maximaal acht patiënten met een beroerte en vijf met een dwarslaesie in het dagelijks gebruik wordt getest. Voor de onderzoekers is het belangrijk om patiënten vanaf het begin bij het project te betrekken.
Het doel op lange termijn is, dat patiënten het systeem zelfstandig dagelijks kunnen gebruiken. Om dit te bereiken bundelt het project de expertise van diverse onderzoeksgroepen van de vier deelnemende instituten op het gebied van neurowetenschappen, robotica en informatica.
Voor dagelijks gebruik
Het onderzoekersteam grijpt daarbij terug op het prototype van een door de hersenen gestuurd hand-exoskelet, dat al eerder door een internationaal team van wetenschappers onder leiding van de Universität Tübingen werd ontwikkeld. Hiermee is het al gelukt om de handfunctie van mensen met een dwarslaesie met technische middelen bijna volledig te herstellen.
Dit systeem was echter niet draagbaar en moest door speciaal opgeleid personeel worden aangemeten en bediend. In het nu gestarte project wordt een draagbaar hand-exoskelet voor dagelijks gebruik ontwikkeld, dat zich aanpast aan de context van de gebruiker.
Halfzijdig verlamde personen, zoals patiënten na een beroerte, moeten het zelfstandig kunnen aanleggen en gebruiken. Door het gebruik van nieuwe materialen zoals siliconenelastomeren willen de ontwikkelaars ook tegemoetkomen aan kosmetisch-esthetische wensen van de gebruikers.
Besturing
De besturing van het hand-exoskelet is gebaseerd op een zogeheten Brain/Neural Computer Interaction (BNCI) systeem. Daarbij worden op het hoofd hersenstromen gemeten en samen met andere biosignalen zoals oogbewegingen verwerkt. De voorstelling van een vingerbeweging, die tot een karakteristiek hersenstroomsignaal leidt, wordt omgezet in een stuursignaal voor het hand-exoskelet dat vervolgens de verlamde hand real-time beweegt.
Maar alleen bewegingsimpulsen zijn niet voldoende. Een glas of een ei moet voorzichtig worden opgepakt omdat het anders breekt. Andere bewegingen vereisen juist een stevig beetpakken.
Omdat de verlamde hand met behulp van een exoskelet overeenkomst grijpt, worden tijdens het project nog meer technieken gebruikt. Zo willen de onderzoekers de sensoriek van het systeem verder verfijnen om grijpbewegingen aan te passen aan het dagelijks gebruik, onder meer door integratie van 3D objechtherkenning, bewegingsanalyse en zelfkalibratie.
Breder toepassingsgebied
Voor patiënten die nog wel spieractiviteit in de handen hebben maar niet genoeg kracht kunnen opbrengen om veilig grijpbewegingen uit te voeren, moeten zogeheten elektromyografische (EMG) elektroden worden gebruikt. Een uitdagend onderdeel van het totale project is, het hand-exoskelet te construeren en alle noodzakelijke sensoren in te bouwen.
Behalve verbetering van de kwaliteit van leven voor patiënten met een dwarslaesie en na een beroerte verwachten de onderzoekers ook voortuitgang te kunnen boeken bij de revalidatie van patiënten. De eerste resultaten wijzer er op dat het regelmatig gebruik van een neuraal exoskelet na een beroerte of bij patiënten met ruggenmergletsel tot een verbetering van de beweegbaarheid kan leiden.